9.4. Рассеяние большими частицами.

Теория светорассеяния усложняется, когда размер частицы превышает . Такие частицы не могут рассматриваться как точечные центры рассеяния. Волны, рассеянные разными участками такой частицы, интерферируют, что вызывает их ослабление (рис. 9.3). Внутричастичная ослабляющая интерференция равна нулю в направлении первичного пучка, то есть при . При этом волны, рассеянные двумя разными точками, находятся в одной фазе. В обратном направлении волны, рассеянные двумя точками, находятся в различных фазах, и поэтому возникает ослабляющая интерференция. Угловая зависимость проекции вектора интенсивности света, рассеянного такой частицей, несимметрична (рис. 9.4). Интенсивность рассеянного света велика в направлении первичного пучка и мала в обратном направлении.

Рис. 9.3. Рассеяние света большими частицами.

Рис. 9.4. Угловая зависимость интенсивности, рассеяния большой частицей.

9.5. Анализ уравнения Рэлея.

Для сферических частиц, не проводящих электрического тока, малых по сравнению с длиной волны, в разбавленном растворе справедливо соотношение, установленное Рэлеем:

(9.4)

где и – показатели преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды, – численная концентрация, – длина волны. Это выражение справедливо для частиц диаметром 40÷70 нм, что для видимого света соответствует . Проанализируем уравнение Рэлея:

1. Так как то в разбавленных растворах можно определить численную концентрацию коллоидных частиц.

2. .

При постоянной весовой концентрации уменьшим объем частицы в раз. Тогда увеличится в раз. .

При с_масс = const уменьшение объема частицы в раз вызывает изменение интенсивности рассеянного света не в , а в раз. При коагуляции коллоидных систем увеличение объема частиц вызывает увеличение интенсивности рассеянного света.

3. .

Поэтому в случае видимого света синие лучи лучше рассеиваются, красные лучше проходят.

4. .

Зависимость интенсивности рассеяния от разности показателей преломления среды и фазы приводит к тому, что при образуются прозрачные, не рассеивающие свет системы, например эмульсия глицерина в четыреххлористом углеводороде. Это имеет большое значение для определения молекулярной массы сополимеров, состоящих из полимерных отрезков (блоков), образованных разными мономерами (блоксополимеров). Подбирая растворитель, показатель преломления которого равен показателю преломления одного из блоков, делают его невидимым. Тогда легко определяется молекулярная масса другого блока. Этот метод получил широкое распространение и называется методом невидимок.

9.6. Поглощение света дисперсными системами.

Истинные растворы поглощают свет в соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера:

(9.5)

где – интенсивность падающего света, – интенсивность прошедшего света, - концентрация, – толщина слоя, – молярный коэффициент поглощения.

(9.6)

Другими характеристиками поглощения являются оптическая плотность

(9.7)

и светопропускание

(9.8).

Уравнение Бугера-Ламберта-Бера описывает ослабление пучка света при прохождении через поглощаемое вещество. В истинных растворах ослабление происходит только за счет поглощения.

В коллоидных растворах ослабление пучка света может проходить за счет поглощения и рассеяния света. Тогда уравнение принимает вид

(9.9)

где - коэффициент ослабления света вследствие рассеяния, фиктивной абсорбции света. Если , то ослабление света может проходить только вследствие фиктивной абсорбции:

(10.10)